BLOG / 12 dicembre 2023

Metal Replacement e impatto su efficienza energetica nell'automazione industriale: il ruolo della stampa 3D nella produzione di parti finali

Nel mondo dell'automazione industriale la ricerca di soluzioni per combinare efficienza, resistenza e sostenibilità continua ad essere prioritario. Il Metal Replacement è una delle grandi sfide degli ultimi anni e svolge un ruolo fondamentale anche in tema di innovazione e di ottimizzazione di efficienza energetica.

Il mondo dei sistemi per Additive manufacturing è davvero variegato. Quelli di Stratasys, attualmente rappresentano una delle possibilità più performanti sul mercato per raggiungere livelli di altissima qualità di produzione che rispettino criteri soddisfacenti per l’impiego di polimeri sostitutivi del metallo, adatti quindi a funzione di metal replacement e che impattino positivamente sull’efficienza energetica in campo industriale.

Stratasys, per fare questo, agisce su due fronti: produce sistemi di additive manufacturing e materiali ideali per soddisfare entrambe le esigenze produttive.

Le qualità meccaniche e di resistenza proposte dai materiali, la ricerca alle loro spalle e il successo dell’applicabilità dei progetti stampati, provano che siamo davanti a una delle soluzioni di maggiore successo nella linea di produzione industriale.

Metal Replacement e stampanti 3D per compositi in officina

Il metal replacement: una rivoluzione nell'Industria

La sostituzione di componenti metallici tradizionali con materiali plastici alternativi altamente tecnologici ha preso piede nell'industria decine di anni fa, con l'intenzione di superare alcuni particolari limiti, al fine di migliorare le applicazioni e di poter espandere gli orizzonti verso altre, nuove.  

Uno fra questi è rappresentato dai limiti naturali dei metalli (per fare un esempio su tutti, la corrosione in alcuni casi), senza dimenticare la ricerca di soluzioni circa altre tematiche:
  • la riduzione degli scarti di produzione e di lavorazione
  • La riduzione per alcuni casi particolari anche di rumori e vibrazioni
  • La riduzione dei pesi delle parti, mantenendo o addirittura migliorando le performance
  • L’abbassamento dei costi di produzione
  • Il miglioramento dell’efficienza energetica dei sistemi automatizzati
  • Un impatto ridotto nel corso dell’intero ciclo di vita del prodotto
Per questi ed altri motivi è iniziata la ricerca di materiali polimerici rinforzati o additivati che diventino degni sostituti del metallo, e delle tecnologie per creare dal materiale uno strumento o una parte pronta all’uso ottimizzata e durevole.

Metal Replacement con tooling stampato in 3D con materiali compositi

La stampa 3D ha da subito avuto le carte in regola per essere una delle vere protagoniste di questa rivoluzione applicativa che trova campo nel settore dei trasporti, dall’automotive alla mobilità elettrica fino alla produzione aerospaziale, considerando quindi quegli ambiti dove sono richieste elevate performance e dove al contempo un alleggerimento dei pesi combacia con una consistente riduzione dei consumi e delle emissioni nocive.

La stampa 3D, in termini di metal replacement, permette la creazione di parti complesse, altrimenti impossibili con metodi tradizionali e la personalizzazione di ogni singolo progetto.
E non solo.

La disponibilità di una vastissima gamma di materiali apre a veri e propri flussi di produttività innovativa, adeguati ai ritmi dell’automazione industriale moderna e alle richieste dei clienti.
Le applicazioni diventano di conseguenza, sempre più complesse e ricercate.

Metal Replacement con tooling stampato in 3D con termoplastica ad alta resistenza

Il ruolo chiave dei materiali nel metal replacement

In questo campo, Stratasys entra in gioco con una offerta di materiali molto ampia e inserita perfettamente negli incastri del progresso industriale attuale.

L’utilizzo di alcuni materiali di stampa 3D è vincente se vengono superati i test preposti all’utilizzo come parti finite. Come si fa a capire quale è il materiale migliore per una certa applicazione?

La soluzione non è univoca e può essere un concerto di più strade. Test di resistenza meccanica e agli urti, la prova come parte finita e, soprattutto, la consulenza da partner preparati per competenza ed esperienza che seguono lo sviluppo di un’applicazione o la genesi di un processo industriale, suggerendo il materiale adatto rispetto all’uso finale.

Alcuni dei materiali migliori per il metal replacement sono sicuramente quelli caricati con fibre o additivati. Alcuni esempi? ABS CF10, Diran e Nylon caricato con fibra di carbonio.

Materiali innovativi per una rivoluzione sostenibile

Nylon CF10 e Nylon 12CFABS CF 10 e Diran sono tra i materiali più innovativi che stanno portando anche il metal replacement nei processi di automazione industriale. Le caratteristiche tecniche di questi materiali sono molte e tutte hanno un filo comune: offrono una combinazione unica di resistenza, leggerezza e flessibilità, superando in molti casi le prestazioni dei componenti metallici tradizionali.
Ecco un focus su alcuni di questi materiali.

ABS-CF10

L'ABS-CF10 di Stratasys unisce i vantaggi di un filamento per stampa 3D caricato con fibra di carbonio alle proprietà meccaniche e alla facilità d'uso dell’ABS.

Questa è una termoplastica tecnica con forza e rigidità superiori, ideale per la realizzazione di attrezzaggi di uso industriale.

L'ABS rinforzato con fibra di carbonio può sostituire il metallo per strumenti più leggeri ed ergonomici.
In abbinamento al supporto solubile, l'ABS-CF10 di Stratasys può ottenere geometrie complesse che non sarebbero possibili con la lavorazione.

Applicazioni principali per ABS-CF10
  • Produzione e assemblaggio, salute e sicurezza, attrezzaggi di supporto.
  • Guide di foratura, effettori di fine braccio, attrezzi di posizionamento.
Stampa 3D per metal replacement

Nylon CF 10

Il Nylon CF10 è un nylon rinforzato con fibra di carbonio. Il polimero di base è caricato al 10% del suo peso con frammenti di carbonio per ottenere un materiale composito che risulta essere il 67% più resistente e il 190% più rigido rispetto al nylon di base.

Il nylon-CF10 possiede anche una buona resistenza chimica, robustezza e resistenza all'abrasione.
La resistenza e la rigidità in particolare di questo materiale ne fanno la scelta eccellente per sostituire il metallo in attrezzature di staffaggio e altri attrezzaggi di produzione.

Anche la resistenza chimica rappresenta una caratteristica particolarmente utile in ambienti esposti ai fluidi tipici della produzione.

Il Nylon-CF10 possiede una finitura opaca uniforme che conferisce attrattività visiva alla superficie finale.

Applicazioni principali per il Nylon CF10
  • Dispositivi di staffaggio, ganasce morbide, effettori di fine braccio e guide di perforazione.
  • Parti personalizzate di grande resistenza per volumi di produzione ridotti.
  • Prototipazione funzionale per applicazioni e parti che richiedono resistenza e rigidità elevate.

Diran 410MF07

Il Diran 410MF07 è una termoplastica resistente a base di nylon. Questo materiale dimostra eccezionali proprietà di robustezza e resistenza a prodotti chimici a base di idrocarburi, pur mantenendo una qualità delle superfici levigata e lubrificata.

La robustezza per la produzione di attrezzaggi del Diran e la sua struttura levigata e a basso attrito lo rendono perfetto per la realizzazione di attrezzaggi che non si rompono e resistono all'uso.

Applicazioni principali per il Diran
  • Prototipazione (finitura levigata delle superfici per prototipi)
  • Maschere, staffaggi e bracci robotici
  • Parti altamente personalizzate per volumi di produzione ridotti

L’efficienza energetica nell’automazione industriale

La stampa 3D è un supporto grandissimo per l’efficienza energetica nell’automazione industriale. La possibilità di produrre componenti complessi e personalizzati con materiali leggeri e resistenti, permette un processo snello, che riduce il peso del progetto finale e, di conseguenza, il consumo di energia nei macchinari.

E questo non è un aspetto da sottovalutare.
Le tecnologie additive, in particolare, producono una quantità di scarto di lavorazione talmente esigua che l’ottimizzazione dal punto di vista energetico è una realtà.

Metal Replacement con tooling stampato in 3D con materiali compositi

La stampa 3D per la sua natura agile e versatile, viene scelta con facilità dalle imprese con l’obiettivo di ottimizzare l’efficienza energetica nell’automazione industriale.

Inoltre, l’additive manufacturing consente agli operatori dei settori di testare e ottimizzare i design per massimizzare l'efficienza energetica prima della produzione su larga scala.

Questo approccio di progettazione interativa aiuta a sviluppare soluzioni più efficienti e meno energeticamente intensive.

In tema di automazione industriale, la stampa 3D ha apportato un altro grande supporto.
Uno degli utilizzi più interessanti, infatti è la realizzazione di componenti più leggeri e performanti per robot, macchinari e dispositivi di automazione.

Questi componenti, così ottimizzati, riducono il consumo complessivo di energia, migliorano la precisione e la velocità delle operazioni industriali, contribuendo quindi all'efficienza globale dei processi produttivi.

In ultimo, è da considerare un altro aspetto molto innovativo: con la stampa 3D è possibile anche creare degli strumenti di monitoraggio e controllo energetico. Una soluzione all’avanguardia per ottimizzare l’uso delle risorse energetiche anche nelle fabbriche altamente automatizzate.  

I numeri

La stampa 3D gioca un ruolo di prima linea sia nel presente che nel futuro, in termini di valore nel mercato globale.
Secondo uno studio di Lux Research, la stampa 3D varrà $51 miliardi nel 2030 con una forte espansione della componentistica, dell’industria medicale e dentaria, oltre al comparto dell’industria aerospaziale. Il più grande driver, non a caso, sarà proprio il settore del manufacturing, e le parti pronte all’uso avranno un’impennata di 19 milioni di dollari di valore nel 2030, contro gli attuali 2.8 milioni.

Conclusione

Il metal replacement e l’ottimizzazione dell'efficienza energetica nell'automazione industriale sono due elementi imprescindibili di un futuro in cui la stampa 3D sarà sempre più presente nei processi di produzione. Anche i materiali innovativi giocano un ruolo fondamentale nel plasmare questo futuro, consentendo un'industria più efficiente, agile e sostenibile.
La sfida ora è adottare e sfruttare appieno queste tecnologie per costruire un futuro industriale all'insegna dell'innovazione e della sostenibilità.

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